Lo studio descrive un nuovo metodo per osservare la preferenza di temperatura nelle zanzare. In questo metodo, le zanzare vengono rilasciate in un tubo collegato a due incubatori con temperature controllabili in modo indipendente. In questo modo, le zanzare sono autorizzate a scegliere liberamente tra due temperature senza interrompere i loro comportamenti naturali e il meccanismo di esprimere questa scelta (ad esempio, volare).
Il nostro primo esperimento rappresentativo ha utilizzato la temperatura ottimale della zanzara di 27 ° C in entrambe le camere. Durante le ripetizioni di questo esperimento, le zanzare sono state osservate volare liberamente tra le due gabbie per tutti i 30 minuti, e in tutte le repliche, c'erano numeri quasi uguali in ciascuna delle due camere. Ciò ha confermato l'intenzione sperimentale di consentire alle zanzare la possibilità di scegliere liberamente tra le gabbie mentre esibiscono i loro comportamenti naturali (volare). Al contrario, il secondo esperimento rappresentativo ha utilizzato la temperatura ottimale attrattiva di 27 °C in una camera e una temperatura sub-ottimale e quindi respingente di 30 °C nella seconda camera. Come previsto, le zanzare hanno costantemente selezionato la camera di temperatura ottimale ad alto significato, anche quando abbiamo scambiato gli incubatori per evitare pregiudizi.
Abbiamo anche testato la configurazione per un insetto diverso, D. melanogaster (moscerini della frutta), che rappresenta un altro organismo modello di ectoterma. Una camera è stata impostata alla temperatura ottimale di D. melanogaster, 25 °C, e l'altra è stata impostata a 3 °C più alta, 28 °C. Simile alle zanzare, anche i moscerini della frutta hanno favorito la loro temperatura ottimale ed evitato la camera più calda. Ciò dimostra che il protocollo è adatto per una serie di ectotermi.
Descrizione dei passaggi critici nel protocollo
Il principale passo critico del protocollo è la gestione degli insetti, in quanto genera la possibilità di fuga degli insetti. Ciò può essere evitato determinando che non ci sono fori abbastanza grandi per la fuga nelle gabbie utilizzate, che gli elastici / fascette utilizzate per fissare i manicotti di rete al ponte sono stretti e che il coperchio per il foro di inserimento degli insetti sul ponte è fissato e sigillato saldamente.
È anche fondamentale garantire che gli insetti non sfuggano prima o dopo l'esperimento, in particolare quando gli insetti sono necessari per la sperimentazione a valle o punti temporali successivi per varie scelte di temperatura. Questo può essere fatto anestetizzando gli insetti prima di metterli nel ponte acrilico (usando ghiaccio per Drosophila e CO 2 per le zanzare) e rilasciando CO2 nel ponte per abbattere gli insetti dopo gli esperimenti, prima di calcolare. L'uso di CO2 è ideale per le zanzare poiché non influenzerà i risultati comportamentali21. Nei moscerini, l'esposizione alla CO2 può alterare il loro comportamento di volo23, quindi si raccomanda di usare ghiaccio22.
Anche il conteggio degli insetti è un passo critico, per garantire che il numero di insetti sia uguale prima e dopo l'esperimento per risultati accurati. Per fare ciò, raccomandiamo l'uso di una penna CO2 una volta completato l'esperimento per abbattere gli insetti che si trovano nel ponte. Ciò contribuirà a spostare gli insetti su entrambi i lati della camera, riducendo così il numero di fuggitivi. Evidenziamo inoltre nel protocollo che gli insetti possono essere catturati nelle maniche delle gabbie durante la separazione della gabbia; Pertanto, assicurarsi che questi siano controllati accuratamente durante il conteggio.
Potenziali modifiche e risoluzione dei problemi della tecnica
La principale difficoltà con questa tecnica è la rete flessibile delle maniche della gabbia con conseguente lacuna o nascondiglio e quindi fuga o cattura degli insetti. Ci sono alcune potenziali modifiche, se necessario, per migliorare la tecnica. Si consiglia di utilizzare due o più elastici per garantire che il ponte sia fissato correttamente tra le camere senza lasciare spazio potenziale per gli insetti (la rete sciolta crea uno spazio nascosto per gli insetti). Si consiglia inoltre di prestare particolare attenzione a tirare il manicotto a rete teso, come descritto al punto 2.6, durante il montaggio dell'apparecchio.
Gli incubatori con fattore di forma ridotto sono solitamente riscaldati solo (cioè non hanno raffreddamento attivo), come nel caso degli incubatori utilizzati qui. Di conseguenza, l'utilizzo di temperature intorno o inferiori alla temperatura ambiente richiederà che l'esperimento venga eseguito in una cella frigorifera per garantire che le temperature impostate per gli incubatori scendano al minimo desiderato.
Inoltre, questa configurazione può essere utilizzata anche per BSL 3, dove è necessario un armadio di biosicurezza di classe tre (vano portaoggetti). In questo caso, il vano portaoggetti deve essere abbastanza grande da contenere l'intero apparato. L'esperimento descritto in questo protocollo è ideale per gli esperimenti in un vano portaoggetti perché tutto il necessario sarà contenuto all'interno del vano portaoggetti e, soprattutto, la possibilità che gli insetti fuggano è minima.
Infine, c'è abbastanza spazio negli incubatori per aggiungere luce esterna o una fonte di umidità senza influenzare gli insetti nelle gabbie. A seconda della specie di insetto o del design sperimentale, una lampada a LED con uno spessore di 1 cm può essere facilmente posizionata sopra la gabbia all'interno di uno o entrambi gli incubatori. Fornire luce a entrambi e offrire una scelta di temperatura può essere un protocollo più realistico per alcuni progetti sperimentali fotosensibili, o fornire solo luce (o umidità) a una camera è una possibile modifica al protocollo per valutare la scelta di luce / umidità.
Vantaggi di questa tecnica nel contesto dei saggi di preferenza di temperatura a doppia scelta
Il metodo qui descritto presenta un'alternativa al tradizionale metodo del gradiente di temperatura descritto negli studi precedenti10,13,14,16. Nella maggior parte di questi studi, viene utilizzato un grande blocco orizzontale di alluminio con un gradiente termico, mentre il meccanismo di generazione di questo gradiente varia, inclusi blocchi di riscaldamento / raffreddamento, bagni d'acqua, ecc. In questi casi, il gradiente di temperatura viene prodotto sulla superficie del blocco di alluminio (piuttosto che sulla temperatura dell'aria in una gabbia). Di conseguenza, la maggior parte (ma non tutte) le tecniche alternative limitano la capacità di volo degli insetti più di questo protocollo. Qui, gli insetti possono volare relativamente liberamente tra le gabbie, consentendo un'espressione più realistica dei comportamenti naturali nella scelta. Sarebbe anche possibile ampliare questo apparato sperimentale utilizzando gabbie e incubatori più grandi, ad esempio per insetti più grandi.
Oltre al vantaggio del comportamento naturale, dimostriamo anche un'uniformità di temperatura molto elevata all'interno delle due camere, consentendo un punteggio semplice e una chiara selezione di due grandi camere a temperatura singola. L'uso di un design binario a grande camera come questo può ridurre il rumore nei dati, dove, ad esempio su un apparato a gradiente, qualsiasi movimento accidentale degli insetti altererà la posizione sul gradiente e quindi la loro preferenza di temperatura percepita.
La tecnica qui descritta è anche molto semplice e a basso costo. Questa tecnica non ha bisogno di apparecchi aggiuntivi per impostare le temperature (ad esempio, un bagno d'acqua10 e / o una piastra riscaldante 11,12,13,14,15), nessuna attrezzatura specialistica oltre a un tubo acrilico tagliato e fori praticati, e nessuna fotocamera 18,19 o software sofisticato 19 per l'analisi. Tali componenti utilizzati in altre tecniche possono essere costosi e / o richiedere competenze e test significativi per iniziare gli esperimenti.
Questa tecnica può anche essere replicata con diversi dispositivi che utilizzano batterie se non c'è alimentazione esterna, rendendo il sistema ideale per condurre esperimenti sul campo. Inoltre, lo stesso apparato potrebbe essere leggermente modificato per studiare altre situazioni di preferenza di scelta binaria, come luce contro buio, alta / bassa umidità, ecc., Sia in laboratorio che sul campo.
L'apparecchiatura di dimensioni standard nel protocollo è significativamente più piccola delle configurazioni a gradiente di temperatura, consentendo una più facile installazione all'interno di un vano portaoggetti BSL 3 come descritto sopra. Inoltre, gli insetti sono più facili da contenere, in quanto possono essere abbattuti con CO2 alla fine dell'esperimento e le gabbie possono essere rapidamente risigillate dopo la separazione dal ponte. Questi vantaggi di contenimento sono ideali per il lavoro BSL 3.
Riconosciamo tuttavia che il nostro apparecchio consente solo una decisione binaria piuttosto che una libera scelta lungo un gradiente, che, a seconda dell'applicazione, può richiedere corse aggiuntive per identificare le temperature ottimali.